大型监控系统中交换机如何选择，科普实用干货

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现在的大型监控系统如何选择交换机才能让系统更有效稳定的运行，不至于出系统新的或者数据类的问题，特别是关于关于核心交换机的选择，现在我们来深入浅出的详细的讲解下：

在选择交换机或者核心交换机之前，首先要了解下交换机的一些参数，理解了这些，也就不难掌握交换机或者核心交换机的选择了。

交换机的参数，主要有可扩展性、转发速率、背板带宽、四层交换、系统冗余等参数。核心交换机应当全部采用模块化结构，必须拥有相当数量的插槽，具有强大的网络扩展能力及吞吐能力，强大的数据交换能力！

分段详细的科普下：

1， 背板带宽：交换容量，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量，就像是立交桥所拥有的车道的总和。由于所有端口间的通信都需要通过背板完成，所以背板所能提供的带宽，就成为端口间并发通信时的瓶颈。

带宽越大，提供给各端口的可用带宽越大，数据交换速度越大；带宽越小，给各端口提供的可用带宽越小，数据 交换速度也就越慢。也就是说，背板带宽决定着交换机的数据处理能力，背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强。若欲实现网络的全双工无阻塞传输，必须满足最小背板带宽的要求。

背板宽带的计算公式：背板带宽=端口数量×端口速率×2

例如：一台24口的百兆交换机

24口百兆=24*2*(100/1000)=4.8Gbps

*2就是端口全双工，除以1000是换算的Gbps

2，包转发率，网络中的数据是由一个个数据包组成，对每个数据包的处理要消耗资源。转发速率（也称吞吐量）是指在不丢包的情况下，单位时间内通过的数据包数量。如果吞吐量太小，就会成为网络瓶颈，给整个网络的传输效率带来负面影响。交换机应当能够实现线速交换，即交换速率达到传输线上的数据传输速度，从而最大限度地消除交换数据瓶颈。对于三层核心交换机而言，若欲实现网络的无阻塞传输，这个速率能≤标称二层包转发速率和速率能≤标称三层包转发速率，那么交换机在做第二层和第三层交换的时候可以做到线速。说白了，就是交换机的数据交换能力吞吐量或者交换数据量。

计算公式：

包转发率（Mpps）=万兆位端口数量×14.88 Mpps+千兆位端口数量×1.488 Mpps+百兆位端口数量×0.1488 Mpps。

如果你的监控系统整体吞吐量小于你交换机的吞吐量的话，那就可以做到线速。

科普下：

对于万兆以太网，一个线速端口的包转发率为14.88Mpps。

对于千兆以太网，一个线速端口的包转发率为1.488Mpps。

对于快速以太网，一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps。

说下，背板相对大，吞吐量相对小的交换机，还要考虑软件效率/专用芯片电路设计的问题;背板相对小些，吞吐量相对大的交换机，整体性能比较高。背板带宽是可以相信厂家的宣传的，但是转发率很难相信厂家宣传的，很多也不好测试的，在实际使用中都要打个折扣的，一般效率值在60%吧。

3，可扩展性

包含插槽数量：插槽用于安装各种功能模块和接口模块。由于 每个接口模块所提供的端口数量是一定的，因此插槽数量也就从根本上决定着交换机所能容纳的端口数量。插槽数量也决定着交换机的可扩展性。

交换机的模块类型：支持的模块类型(如LAN接口模块、WAN接口模块、ATM接口模块、 扩展功能模块等)越多，交换机的可扩展性越强。仅以局域网接口模块为例，就应当包括RJ-45模块、GBIC模块、SFP模块、10Gbps模块等等，以适 应大中型网络中复杂环境和网络应用的需求。

4，四层交换

第四层交换用于实现对网络服务的快速访问。在四层交换中，决定传输的依据不仅仅是MAC地址(第二层网桥)或源/目标地址(第三层路由)，而且包括 TCP /UDP(第四层)应用端口号，被设计用于高速Intranet应用。四层交换除了负载均衡功能外，还支持基于应用类型和用户ID的传输流控制功能。此 外，四层交换机直接安放在服务器前端，它了解应用会话内容和用户权限，因而使它成为防止非授权访问服务器的理想平台。4层交换包含软件的设计及电路处理能力的设计等。

5，模块冗余

冗余能力是网络安全运行的保证。任何厂商都不能保证其产品在运行的过程中不发生故障。而故障发生时能否迅速切换就取决于设备的冗余能力。对于核心交换机而言，应当有管理模块冗余模块、电源冗余模块等，这样才可以在最大程度上保证网络稳定运行。模块冗余能力强的交换机才能稳定。

6，路由冗余

利用HSRP、VRRP协议保证核心设备的负荷分担和热备份，在核心交换机和双汇聚交换机中的某台交换机出现故障时，三层路由设备和虚拟网关能够快速切换，实现双线路的冗余备份，保证整网稳定性。在一定程度上来说就是设备的切换替代性！

我们在科普下：

交换机汇聚层主要承担的基本功能有：

1、汇聚接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发和交换；

2、根据接入层的用户流量，进行本地路由、过滤、流量均衡、QoS优先级管理，以及安全机制，IP地址转换、流量整形、组播管理等处理；

3、根据处理结果将用户流量转发到核心交换层或在本地进行路由处理；

4、完成各种协议的转换（如路由的汇总和重新发布等），以保证核心层连接运行不同的协议的区域。

关于交换机组网的几种方式：

1，接入的用户在100左右的为中小型企业网，基本在50路以下无需用核心交换机，二层交换机加路由器即可；2，我们把接入用户规模在300-800的企业网称为中小型企业网；3，对于用户数量超过1000但是少于3000的企业网络，我们称为大中型企业网络；4，对于用户数量超过1000但是少于3000的企业网络

那么，对于200路左右的大中型监控系统，该考虑如何组网？，如果交换机分配不合理，时常会出现卡顿或掉线，甚至造成系统瘫痪。所以合理的选择和分配接入层、汇聚层、核心层交换机至关重要

首先我们了解下关于码流的一些知识：

子码流与主码流，主码流一般码流较大，清晰度高，占用的带宽也就高。子码流在主码流的图像环境下降低了图像格式，清晰度较主码流要低，占用带宽小。主码流一般用于存储，子码流用于网传。主码流本地存储，子码流适用于图像在低带宽网络上传输。主码流是最高像素分辨率模式，次码流是低像素低分辨率模式，双码流能实现本地和远程传输的两种不同的带宽码流需求。

通过以上的学习，我们应该知道这些基础知识点：

1，交换机的使用带宽和网络监控摄像机的码流大小有关。

2，网络监控摄像机有个峰值带宽，只有在其峰值带宽下才能保证IPC稳定使用。

3，通常网络监控峰值带宽=码流×120%。

4，硬盘录像机添加网络监控摄像机后，会同时取IPC的主码流和子码流。

5，交换机实际的带宽通常建议不超过端口最大速率的70%，百兆接口使用70M以内，千兆端口使用700M以内带宽。

6，带宽值=（主码流+子码流）×取流路数×1.2

7，交换机数据接口的下端数据量与上端数据量，前级数据量和后端数据量的计算，这个很重要。

还要了解下各类传输线材，传输速率与线材的关系非常大，很重要

五类线（CAT5）：传输频率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和10BASE-T网络。这是最常用的以太网电缆，该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料。

超五类线（CAT5e）：传输频率为100MHz，主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR)和信噪比（StructuralReturn Loss)、更小的时延误差，性能得到很大提高。

六类线（CAT6）：传输频率为250MHz，最适用于传输速率高于1Gbps的应用，主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。六类双绞线在外形上和结构上与五类或超五类双绞线都有一定的差别，不仅增加了绝缘的十字骨架，将双绞线的四对线分别置于十字骨架的四个凹槽内，而且电缆的直径也更粗。

超六类或6A（CAT6A）：传输频率是200～250 MHz，最大传输速度也可达到1000 Mbps，主要应用于千兆位网络中。超六类线是六类线的改进版，同样是ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6类/E级标准中规定的一种非屏蔽双绞线电缆，在串扰、衰减和信噪比等方面有较大改善。

七类线（CAT7）：传输频率至少可达500 MHz，传输速率可达10 Gbps，它主要为了适应万兆位以太网技术的应用和发展。该线是ISO 7类/F级标准中最新的一种屏蔽双绞线。

那么，交换机在监控中该如何选择呢？

1，首先我们看下接在IPC端的交换机选择，假如有10个监控摄像机，200万像素的，交换机为16路的，正常情况下200万像素的主码流加子码流在一起的带宽和为8M，那么前端摄像机那个的交换机带宽为8×120%×10=144M，这个带宽大于70M，那必须使用千兆交换机，一般的交换机实际带宽一般只有理论值的 60~70% 。传输带宽利用率在60%左右，100M的也就60M左右。

比如130万：960p摄像机单台码流通常4M，用百兆交换机，那么就可以接15台（15×4=60M）；用千兆交换机，可以接150（150×4=600M）

200万：1080P摄像机单台码流通常8M，用百兆交换机，可以接7台（7×8=56M）；用千兆交换机，可以接75台（75×8=600M）

这些都是以主流的H.264摄像头为例给大家讲解的，H.265减半就可以了。

2，关于上级端口交换机，或者汇聚层交换机，汇聚层承上启下，压力较大，需要考虑同时处理的监控查看的带宽。

上级端口交换机=下级交换机宽带之和

汇聚层交换机的背板带宽，假如每台汇聚层交换机至少会接入来自接入层的6台千兆交换机，我们为了保证带宽充足，则交换机背板带宽要求至少为：

(6*1000M*2)/1000=12Gbps 的背板带宽。

汇聚层的包转发率：一个 1000M 口的包转发率为 1.488Mpps/s，汇聚层下接6个千兆交换机， 则汇聚层的交换机交换速率至少为：6*1.488Mpps/s=8.928Mpps。

3，关于监控中核心交换机的选择，核心交换机主要承担数据转发和网络架构设置功能，对交换能力、网络管理功能、稳定性要求也更高。另外，因为存储设备是在核心层上，需要考虑交换机的交换容量以及到核心链路的带宽和高速转发能力。所以要满足以下条件：

带宽：500路200万像素的监控的带宽至少为500*8Mbps=4000Mbps，核心交换机建议选择高带宽的千兆或万兆交换机，上联端口为万兆，才能使数据通畅。

背板带宽：核心交换机假如有10个来自汇聚层的千兆接口、2个上联的万兆端口，以及5个可能接入其它的千兆端口，所以一共有15个千兆口与2个万兆口，为了保证带宽充足，则交换机背板带宽要至少要求为：

（15*1000M*2+2*10000*2)/1000=70Gbps的背板带宽。

包转发率：一个千兆口的包转发率为1.488Mpps/s，一个万兆口的包转发率为14.88Mpps/s，为了保证能够线速转发，则至少会有15千兆口与2个万兆口，则核心交换机交换速率至少为：

15*1.488Mpps/s+2*14.88Mpps/s=52.08Mpps。

根据以上条件相加，综合归纳，即可找到合适的大型监控系统中汇聚层与核心层的交换机。

在大中型监控系统组网中，更要考虑到组网中交换机VLAN的划分及使用，线材的使用等因素，关于交换机的VLAN，我们可以提前预习下相关的VLAN基础知识。

关于vlan的划分方法有很多，项目应用中较多的方法就是基于端口划分vlan、基于mac地址划分vlan、基于ip地址划分vlan，要真正对vlan了解，必须熟悉这三次划分方法，以便于根据实际项目进行应用。

关于VLAN的端口类型：

access模式 用于交换机连接主机
trunk模式 用于交换机连接交换机
hybrid模式 混合模式 兼具access和trunk端口的功能

今天就先说到这里吧，部分图片来之网络，弱电干货原创，转载注明，谢谢！